Automotive Systems and Software Engineering - Cheatsheet

Designmuster und deren Anwendung im Automobilbereich

Definition:

Wiederverwendbare Lösungsansätze für häufig auftretende Probleme in der Softwareentwicklung, speziell im Automobilbereich für Effizienz und Wartbarkeit.

Details:

• Strategie-Muster: Trennung von Algorithmen und deren Verwendung (z.B. verschiedene Fahrmodi)
• Beobachter-Muster: Benachrichtigung von Systemkomponenten bei Statusänderungen (z.B. Sensoren und Steuergeräte)
• Zustands-Muster: Verwaltung von Zustandsübergängen (z.B. Motorstart/Stopp)
• Singleton-Muster: Sicherstellung einer einzigen Instanz (z.B. zentrale Logiksteuerung)
• Adapter-Muster: Vereinheitlichung inkompatibler Schnittstellen (z.B. zwischen verschiedenen Bussystemen)

Echtzeit-Betriebssysteme und deren Funktionen

Definition:

Echtzeit-Betriebssysteme (RTOS) sind spezialisierte Betriebssysteme, die Systeme in Echtzeit steuern und überwachen. Sie müssen schnell und deterministisch auf Ereignisse reagieren können.

Details:

• Determinismus: Berechnungen müssen innerhalb einer vorhersehbaren Zeitspanne abgeschlossen sein.
• Prioritäten: Aufgaben mit höheren Prioritäten werden bevorzugt behandelt.
• Scheduling: Verwendung von Echtzeit-Scheduling-Algorithmen wie Rate Monotonic oder Earliest Deadline First (EDF).
• Interrupt-Handling: Schnelle und effiziente Bearbeitung von Hardware-Interrupts.
• Speicherverwaltung: Unterstützung für dynamische und statische Speicherzuweisung.
• Tasks und Threads: Management von parallelen Ausführungen, Synchronisation und Kommunikation.
• Sicherheit: Trennung und Schutz kritischer Aufgaben und Ressourcen.

Zeitplanung (Scheduling) und Prioritätsverwaltung in Echtzeitsystemen

Definition:

Zeitplanung in Echtzeitsystemen regelt die Reihenfolge und Zuweisung von Aufgaben basierend auf Zeit- und Prioritätsanforderungen.

Details:

• Echtzeitsysteme: erfordern deterministisches Verhalten
• Statische vs. dynamische Prioritäten
• Rate-Monotonic Scheduling (RMS): feste Prioritäten, kürzere Perioden = höhere Priorität
• Earliest Deadline First (EDF): dynamische Prioritäten, Nähe zur Deadline entscheidet
• Aufgaben: prämptiv vs. non-prämptiv
• Context Switches: Einfluss auf Leistung berücksichtigen
• Utilization Bound Test: Überprüfung auf planbare Systemauslastung

Automatische Codegenerierung aus Modellen

Definition:

Automatische Codegenerierung aus Modellen ermöglicht die direkte Umwandlung von Modellentwürfen in ausführbaren Programmcode.

Details:

• Verwendet oft modellbasierte Entwicklungsansätze wie UML oder Simulink.
• Ziel: Reduktion von Entwicklungszeit und Fehlerrate.
• Wichtig in der Automobilindustrie für Steuergeräte-Software.
• Erzeugter Code kann in Hochsprachen wie C oder C++ vorliegen.
• Wird häufig durch Werkzeuge wie MATLAB/Simulink, dSPACE oder IBM Rational unterstützt.

Relevante Normen und Vorschriften (z.B. ISO 26262)

Definition:

Relevante Normen und Vorschriften im Bereich Automotive Systems und Software Engineering, z.B. ISO 26262, regeln die funktionale Sicherheit und die Anforderungen an sicherheitsrelevante Systeme im Automobilbereich.

Details:

• ISO 26262: Industriestandard zur funktionalen Sicherheit von elektrischen/elektronischen Systemen in Straßenfahrzeugen
• ASIL: Automotive Safety Integrity Level, Klassifizierung von Risiken und Sicherheitsanforderungen
• V-Modell: Systementwicklungsprozess zur Sicherstellung der Einhaltung sicherheitsrelevanter Vorschriften
• Dokumentation: Umfassende Anforderungen an die Dokumentation des Entwicklungsprozesses und der Risikobewertung
• Tests und Validierung: Strenge Testverfahren und Validierung zur Gewährleistung der funktionalen Sicherheit

CAN (Controller Area Network) und LIN (Local Interconnect Network)

Definition:

CAN und LIN sind serielle Kommunikationsprotokolle zur Vernetzung von Steuergeräten in Fahrzeugen.

Details:

• CAN (Controller Area Network): Hochgeschwindigkeitskommunikation, robust gegen Störungen, ideal für kritische Systeme.
• LIN (Local Interconnect Network): Kostengünstig, einfach zu implementieren, niedrige Datenrate, geeignet für nicht-kritische Systeme.
• CAN-Formate: 11-Bit-ID (Standard) und 29-Bit-ID (Extended).
• CAN-Botschaften: bis zu 8 Byte Nutzdaten pro Nachricht.
• LIN: Bis zu 20 Kbit/s Übertragungsrate, Master-Slave-Architektur.
• CAN-Protokoll: CSMA/CR für Zugriffskontrolle.
• LIN-Protokoll: UART-basiert, geringere Anforderungen an die Hardware.

Architekturmetriken und deren Bewertung

Definition:

Architekturmetriken messen Qualität und Eigenschaften von Softwarearchitekturen

Details:

• Messgrößen wie Modularität, Komplexität, Kopplung, Kohäsion
• Wichtige Metriken: Lines of Code (LOC), Cyclomatic Complexity, Coupling Between Objects (CBO), Lack of Cohesion in Methods (LCOM)
• Bewertung erfolgt durch Soll-Ist-Vergleiche, Schwellenwertanalyse
• Ziel: Identifikation von Schwachstellen, Verbesserungsmöglichkeiten
• Werkzeuge: z.B. SonarQube, Apache JMeter

Sicherheitsanalysen und -bewertungen

Definition:

Analyse und Bewertung von Sicherheitsrisiken in automobilen Systemen und Software, um potenzielle Gefährdungen zu identifizieren und zu minimieren.

Details:

• Gefahrenanalyse: Identifikation von potenziellen Gefährdungen und deren Ursachen
• Risikoanalyse: Bewertung der Wahrscheinlichkeit und des Schweregrades von Risiken
• Funktionale Sicherheit gemäß ISO 26262
• Fehlermöglichkeits- und Einflussanalyse (FMEA)
• Fehlermöglichkeits- und Fehlerbaumanalyse (FTA)
• Sicherheitsrelevante Anforderungen und Maßnahmen
• Validierung und Verifikation von Sicherheitsmaßnahmen